【文章內容簡介】 9支中橫聯(lián)主桁構件采用14 MnNbq，板厚12—50 mm，橋面與聯(lián)結系構件采用Q345D，板厚12—28 mm，輔助結構采用Q235B鋼。加勁弦和拱肋下弦采用焊接箱形截面，截面高800—1 100 mm，外寬800 mm，板厚20—50 mm；平弦部分弦桿，中弦和拱肋上弦采用焊接H形截面，截面高760～l 200 mm，外寬800 mm，板厚16～50 mm。腹桿采用箱形及H形截面，箱形截面高800～l 100 mm，外寬800 mm，板厚24—50 mm；H形截面高700～940 mm，外寬800 mm，板厚20—36 mm。系桿采用焊接H形截面，截面高1 400 mm，外寬800 mm，板厚50 mm。所有桿件最大長度28．3 m，最大安裝吊重35 t。全橋共34對吊桿，吊桿長度765 m，均采用焊接H形截面，截面寬度800 mm，翼緣寬度700—920 mm，分節(jié)段拼接接長。：懸臂施工優(yōu)點：自重較輕，施工簡便，桿件直接受拉與受壓，能充分發(fā)揮材料性能。 缺點：后期對拱肋、吊桿的維修養(yǎng)護工作量較大，費用也較高。 橋式方案推薦意見（1）從結構受力特點：鋼桁架拱橋中各個桿件基本都是承受拉、壓受力，非常適合鋼材的特性，整體結構受力最為合理，安全可靠度最高；其次是連續(xù)鋼桁架梁橋；由于預應力混凝土受徐變等各種應力損失，以及混凈土的不穩(wěn)定影響，連續(xù)剛構梁橋在結構受力方便在三種橋式方案中居后。（2）使用維護：由用鋼量的多少可以看出，鋼桁架拱橋后期維修量最大，維修困難也最大；連續(xù)剛構梁橋雖然維修較少，省去了更換支座的麻煩，但是一旦發(fā)生梁開裂損壞，維修更壞將十分困難；連續(xù)鋼桁梁橋，由于其桿件的標準化工廠化程度高，后期桿件的更換維修也十分簡單。（3）工程造價：連續(xù)剛構梁橋用鋼量最少，橋式最為簡潔，材料使用的都是預應力混凝土箱梁造價最低；鋼桁架拱橋用鋼量最大，且拱墩基礎大耗大量混凝土，造價最高；連續(xù)鋼桁梁橋材料造價居中。（4）美觀方面：連續(xù)剛構橋造型簡潔，顯得流利爽快，不拖泥帶水；鋼桁架拱橋造型最為優(yōu)美，猶如彩虹橫跨兩岸；連續(xù)鋼桁架梁橋傳統(tǒng)古樸的方式橫通大江。（5）施工方面連續(xù)鋼桁架拱橋施工復雜，技術要求高；連續(xù)剛構采用懸臂法施工不干擾通航但工期最長；連續(xù)鋼桁梁橋施工簡便工期最短短，采用伸臂法施工亦不干擾通航。從高速鐵路安全的實際需要和長久維修方便的需要，和滿足國家快速建設客運專線運營的需要，連續(xù)鋼桁架梁橋是最合適選擇。 中南大學本科畢業(yè)設計 第4章 主桁桿件設計第4章 主桁桿件設計根據(jù)選定的雙線連續(xù)鋼桁梁橋的方案，確定主要技術指標：1）結構的基本尺寸計算跨度 節(jié)間長度10m主桁中心距： 11m 主桁高：2）鋼材及基本容許應力 桿件及構件用Q345qD 普通低合金鋼；高強度螺栓用40B 鋼；精制螺栓用ML3；螺母及墊圈用45 號優(yōu)質碳素鋼；鑄件用ZG25；輥軸用鍛鋼35。鋼材的基本容許應力參照《橋規(guī)》。3）結構連接方式及尺寸連接方式：桁梁桿件及構件采用工廠焊接，工地高強度螺栓連接；人行道托架采用精制螺栓連接。連接尺寸：焊縫的最小焊腳尺寸參照《橋規(guī)》；高強度螺栓的桿徑為：?22，孔徑為d = 23mm 。4）設計恒載主桁 :。 聯(lián)結系；橋面系； 高強度螺栓；檢查設備； 橋面；焊縫。5）活載高速鐵路ZK 活載，活載標準圖式參照《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》。6）設計規(guī)范中華人民共和國鐵道部2005 年《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》中華人民共和國鐵道部2005 年《鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范》中華人民共和國鐵道部2003 年《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》 主桁桿件設計方法及過程由于連續(xù)鋼桁梁橋屬于超靜定結構，其各桿件的內力不僅與荷載相關，還與橋面橋面系、主桁恒載、聯(lián)結系、高強度螺栓檢查設備、焊縫、每線總恒載、各桿件相對剛度有關，因此對于連續(xù)鋼桁梁橋，首先需要根據(jù)經(jīng)驗先擬定各桿件的截面形式和尺寸，根據(jù)這些尺寸計算各桿件在內力組合下的控制內力和各節(jié)點的位移，然后對各桿件進行剛度、強度、疲勞、穩(wěn)定等檢算。根據(jù)檢算的結果調整桿件的截面形式和尺寸，然后再重復上面的過程，直到桿件的截面不僅滿足強度、剛度和穩(wěn)定的要求，同時也是最優(yōu)的，體現(xiàn)設計的經(jīng)濟性。由上面的敘述可知，主桁桿件的設計過程其本質是一個不斷試算，不斷迭代的過程，其計算工作量相當繁重，因此在本設計中，為保證設計進度以及計算的準確性，我們采用計算機編程來實現(xiàn)整個的設計過程，編程語言采用FORTRAN，計算理論基礎為矩陣位移法。圖41 主桁桿件設計流程圖從圖41主桁桿件設計流程圖中可以得出，在整個設計中有以下幾個關鍵的步驟：①計算各桿件在荷載組合作用下的控制內力②檢算各桿件的強度、剛度、穩(wěn)定和疲勞 桿件控制內力的計算本設計為連續(xù)鋼桁梁橋平面鉸接桁架結構，如圖42主桁桿件的計算圖式由主桁架各桿件的軸線形成圖42 主桁桿件的計算圖式連續(xù)鋼桁梁為直線橋，作用在主桁桿件上內力有恒載和ZK 活載，計算桿件的內力，首先計算桿件的內力影響線，然后利用影響線進行恒載和活載的加載，各桿件在恒載作用下的內力是一個確定的數(shù)值，而對于活載作用的桿件內力卻與活載的作用位置有關，進行桿件設計需要得到各個桿件在活載作用小的最大最小內力，然后考慮活載作用下的沖擊系數(shù)以及活載發(fā)展均衡系數(shù)的影響進行荷載組合得到各個桿件的控制內力。為了實現(xiàn)上述的計算，我們需要解決以下幾個問題：各個桿件影響線的計算以及利用影響線進行恒載和活載的加載。所謂桿件軸力的影響線就是當一個指向不變的單位集中荷載沿結構移動時表示該桿件軸力變化規(guī)律的圖形，因此在得到各個桿件影響線前首先應該計算出桿件在單位荷載作用下的內力，該內力可采用矩陣位移法計算。綜上所述，該算法主要包括以下三方面：⑴基于矩陣位移法計算單位荷載作用下桿件內力和節(jié)點位移；⑵繪制平面桁架的各個桿件的內力影響線和節(jié)點位移影響線；⑶基于影響線進行恒載和活載加載計算桿件內力，通過內力組合得到各桿件的控制內力。 矩陣位移法概述用矩陣位移法計算平面桁架時，每個桿件當做一個單元，以結點（單元之間的交點）位移為基本未知數(shù)，建立外荷載雨結點位移之間的關系結構剛度方程，求解結構剛度方程得到結點位移，從而計算每根桿件的內力。矩陣位移法的求解步驟：（1）結構離散化：劃分單元，建立整體坐標系和局部坐標系，對結點和單元進行編號，目的是讓計算機識別各個單元和結點。局部坐標系沿單元方向，軸則從軸出發(fā)逆時針旋轉901度。 （2）單元分析：即建立每個單元的桿端力與桿端位移之間的關系單元剛度方程。（3）整體分析： 根據(jù)結點的平衡，建立結構的外荷載與結點位移的的關系結構剛度方程。（4）求解結構剛度方程，得到結點位移。（5）計算每根桿件的軸力。 矩陣位移法具體過程：所謂離散化就是指將主桁結構分解為有限個較小的單元，對于桿件結構一般以一根桿件作為單元；對各單元和結點進行編號，確定結構的整體坐標和局部坐標系，對于各桿件的局部坐標系，在本設計中均由各桿件單元的結點編號較小的一端指向結點編號較大的一端。如圖43主桁桿件單元離散圖共55個結點，106個單元。圖43（a） 主桁桿件單元離散圖圖43（b） 主桁桿件單元離散圖圖43(c) 主桁桿件單元離散圖圖44 局部坐標系單元圖 任取一個單元，單元長，抗拉剛度為，兩端結點號為，建立局部坐標系（符號上加一橫，表示是局部坐標系下的量），單元兩端的力為，兩端的位移為（如圖44局部坐標系單元圖）。單元伸長量。因此，寫成矩陣形式，即：.其中： 其中：分別為局部坐標系下單元的桿端力（單元結點力）、桿端位移（單元結點位移）和單元剛度矩陣。式（41）反映了單元的桿端力和桿端位移之間的關系，稱為局部坐標系下的單元剛度方程。、桿端位移的坐標轉化單元的桿端力除可以用局部坐標系下的分量表示外，還可以用整體坐標系下的分量表示（如圖45坐標轉換）。舍單元局部坐標下的軸與整體坐標系的軸的街角為，則圖45 坐標轉化圖寫成矩陣形式，即其中[T]矩陣是正交矩陣，滿足如下的關系式 這樣有可得。 單元的桿端位移處可以用局部坐標系下的分量表示外，還可以用整體坐標系下的分量表示（如圖46）。兩者之間的關系為：圖46 整體坐標系下的單元寫成矩陣形式，即：其中稱為整體坐標系下的桿端位移（單元結點位移）。由式（47）可得：.將及代入,得引入則將式(42/44)代入式（48），得式(49)反映了整體坐標系下的桿端力與桿端位移之間的關系，稱為整體坐標下的單元剛度方程。稱為整體坐標系下的單元剛度矩陣。具有如下性質：對稱性（即），奇異性（即）。就是把與結點位移同方向的結點和在排列起來組成結構的荷載列陣，即其中是結點i沿x,y方向的荷載。結構整體分析的目的就是分析的關系。上式即為結構剛度方程，表述了結構的荷載列陣與位移列陣的關系。結構剛度DE 計算按下規(guī)則：（1）總剛中的主子塊是由結點i的各相關單元的主子塊疊加求得，即。（2）總剛中的副子塊，當為相關結點時即為鏈接他們的單元的相應得副子塊，即；當為非相關結點時即為零子塊。采用對角元素擴大法：將對角元素乘以一個大叔（比如），同時將換成。上式第個方程為由于較大，故上式可以得到，即。這種方法對結構剛度方程改動較少，應用方便，但修改后的元素數(shù)量極差憋較大，程序設計時應注意控制計算過程中的舍入誤差。 求解結構剛度方程采用高斯一般的線性代數(shù)方程組消元法即消元從1到循環(huán)（第1到次消元）循環(huán)結束回代按照以上據(jù)算步驟編制程序可求解出結點位移桿件內力計算按公式： ZK 活載加載的計算根據(jù)《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》，采用的ZK 活載的標注圖式如圖47 所示。對于單線或雙線的橋梁結構，各線均應計入ZK 活載作用。設計加載時，活載圖示可以任意截取。對于多符號影響線，活載圖示可隔開，即在同符號影響線各區(qū)段進行加載，中間的異符號影響線區(qū)段不加載。圖47 ZK 活載的標注圖1）ZK 活載的處理 中我們已經(jīng)求得各桿件的內力影響線和各結點的位移影響線，要想求得桿件在活載作用下的最大最小內力，顯然就是當荷載滿布在影響線的負號區(qū)域時，桿件的內力最大，滿布在影響線的正號區(qū)域時，桿件的內力最小。為此設置一列活載列陣從橋頭移到橋尾， 的小集中荷載，其等效值為“均布荷載值步長值”。處理后的ZK 活如圖48 所示。圖48 處理后的ZK加載活載2)ZK活載的加載方法在活載加載前確定每個單元活載的大小和位置之間的關系，子程序xq可確定，單元子活載的大小和位置關系，每移動一步只需要知道活載列陣的第一個元素在橋上的位置就可知道整個活載列中每個單元活載在橋的位置，通過判斷語句確定加載到橋上的單元子活載，根據(jù)活載列中的各個單元的位置與每個桿件影響線的關系進行正負加載任意取用，子程序HUOZAI可求出活載列陣移動中的每一步每一個桿件的活載加載內力，和比較求出每個桿件加載活載的最大最小內力值，并且調用子程序juhengxishu求解和恒載的組合內力。過程如圖49程序框架圖。圖49（a） 主桁桿件影響線程序框架圖 圖49（b） 程序框架圖 程序說明（1）SUBROUTINE IOMJS(HY,aa,NM,NJ,NS,IST,IEN,X,Y,IS,VS,h,b1,t1,t2,aa0)功能：讀入并且輸出桿件、節(jié)點及支撐條件的數(shù)據(jù) 輸入?yún)?shù)：HY,aa, NM, NJ,NS輸出參數(shù)： IST,IEN,X,Y,IS,VS,h,b1,t1,t2,aa0（2）Subroutine ganjian(HY,XL,nm,aa,h,t1,t2,b1,AA0,AR,AJ,IMX,IMY,RX,RY,bt,ht,LX,LY,LRX,LRY)功能：計算各個桿件的截面幾何性質，并且輸出 輸入?yún)?shù)：HY,XL,nm,aa,h,t1,t2,b1輸出參數(shù)：AA0,AR,AJ,IMX,IMY,RX,RY,bt,ht,LX,LY,LRX,LRY（3）SUBROUTINE LCVCT(NM,NJ,IST,IEN,LV,IU)功能：確定獨立未知量號和單元定位向量輸入?yún)?shù)：NM,NJ,IST,IEN輸出參數(shù)：LV,IU（4）SUBROUTINE LCS (M,NM,NJ,IST,IEN,X,Y,RL,C,S)功能：計算桿件的桿長、余弦和正弦輸入?yún)?shù)：M,NM,NJ,IST,IEN,X,Y輸出參數(shù)：RL,C,S（5）SUBROUTINE KEBAR (M,E,NM,NJ,IST,IEN,AR,X,Y,C,S,RL,K1,E1)功能：計算局部坐標單剛,調用子程序KEBAR輸入?yún)?shù)：M,E,NM,NJ,IST,IEN,AR,X,Y,C,S,RL輸出參數(shù): K1,E1(6)SUBROUTINE KE(M,E,NM,NJ,IST,IEN,AR,X,Y,AE,C,S,RL,K1)功能：，計算整體坐標單剛， 輸入?yún)?shù)：M,E,NM,NJ,IST,IEN,AR,X,Y,AE,C,S,RL輸出參數(shù):無（7）SUBROUTINE FORMA(E,NM,NJ,N,IST,IEN,AR,X,Y,LV,AE,A,NS,IS,IU)功能：調用子程序KE，計算總剛，總